Comment le BDNF agit-il au niveau des neurones ?
Pour comprendre son rôle, il faut s’intéresser à son principal récepteur de signalisation : TrkB, pour tropomyosin receptor kinase B.
L’activation du récepteur TrkB
Le BDNF mature se fixe sur TrkB, un récepteur présent à la surface de certaines cellules nerveuses. Cette interaction déclenche une cascade de signalisation intracellulaire.
Trois voies sont particulièrement étudiées :
MAPK/ERK, impliquée notamment dans la régulation de l’expression des gènes et les adaptations cellulaires durables
PI3K/Akt, qui participe à différentes fonctions cellulaires, dont le métabolisme, la croissance et la survie neuronale
PLCγ, qui intervient dans la signalisation calcique et la modulation de l’activité synaptique
Ces voies contribuent à traduire un signal extracellulaire en modifications du fonctionnement du neurone. Leurs effets dépendent notamment du type cellulaire, de la région cérébrale et du contexte physiologique.
Le renforcement de la transmission synaptique
Le BDNF peut moduler la transmission du glutamate, principal neurotransmetteur excitateur du cerveau.
Dans certains contextes, sa signalisation favorise la mobilisation et l’insertion de récepteurs AMPA dans la membrane du neurone postsynaptique. Ces récepteurs permettent à la cellule de répondre au glutamate.
Lorsque leur nombre ou leur fonctionnement augmente au niveau d’une synapse, la transmission du signal peut devenir plus efficace.
Le BDNF peut également agir sur des mécanismes présynaptiques, notamment ceux qui régulent la libération des neurotransmetteurs.
Il contribue ainsi à ajuster la communication entre neurones, un processus essentiel à la plasticité des réseaux cérébraux.
La modification de la structure des synapses
L’action du BDNF ne se limite pas à la transmission des signaux. Elle concerne aussi la structure des connexions neuronales.
Les épines dendritiques sont de petites protubérances situées sur les dendrites, les prolongements qui reçoivent de nombreux signaux synaptiques. Leur forme, leur stabilité et leur organisation peuvent évoluer en fonction de l’activité neuronale.
La signalisation du BDNF participe à ces adaptations structurelles, notamment en modulant des mécanismes qui contrôlent le cytosquelette neuronal.
Ces modifications contribuent à la réorganisation des réseaux neuronaux et à l’ajustement de leurs connexions aux sollicitations.
La stabilisation de certaines adaptations
Certaines modifications synaptiques sont transitoires, tandis que d’autres peuvent persister plus longtemps.
Le BDNF intervient dans plusieurs mécanismes associés à cette stabilisation, notamment en régulant la synthèse de protéines nécessaires au maintien des changements synaptiques.
Ces phénomènes participent à la potentialisation à long terme, ou LTP (long-term potentiation). Il s’agit d’un renforcement durable de l’efficacité de certaines synapses, particulièrement étudié dans l’hippocampe.
La LTP constitue un modèle expérimental majeur pour comprendre les mécanismes cellulaires de l’apprentissage et de la mémorisation. Elle ne résume cependant pas à elle seule la complexité de la mémoire humaine.
Toutes les formes de BDNF n’ont pas les mêmes effets
Le BDNF est initialement produit sous la forme d’un précurseur appelé proBDNF, qui peut ensuite être transformé en BDNF mature.
Ces deux formes ne sont pas biologiquement équivalentes. Le BDNF mature active principalement TrkB et favorise de nombreux mécanismes de plasticité. Le proBDNF peut, quant à lui, agir notamment via le récepteur p75NTR et participer, selon le contexte, à des mécanismes différents, dont certaines formes de dépression synaptique.
Il serait donc réducteur de considérer le BDNF comme un simple interrupteur de la plasticité : ses effets dépendent de sa forme moléculaire, de ses récepteurs, de la région cérébrale et de l’état physiologique des cellules.